三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

竖轴潮流能水轮机被动变桨数值模拟研究

竖轴水轮机的旋转不受来流方向影响,但其自启动性能较差,能量转化率低于水平轴水轮机。根据已有研究,被动变桨水轮机在旋转过程中叶片经过多数方位角区域时升力有所提高。本文通过计算流体力学软件Fluent,给定叶片不同限位角,研究叶片在水动力作用下在限位角内的变桨对竖轴水轮机能量转化率的影响,将其与定桨距水轮机进行对比,为提高水轮机性能提供合理建议。     

竖轴变偏角潮流发电水轮机的叶片控制机构

为了进行竖轴变偏角潮流发电水轮机的水动力性能的模型试验研究,需要设计该水轮机的试验模型,关键是进行水轮机叶片控制机构的设计.在比较现有的变偏角叶片控制机构的设计思路和工作特点基础上,设计了三种适用于竖轴变偏角潮流水轮机的叶片控制机构,并分别给出了工作原理和装配图,介绍了叶片控制机构的实现方法.最后对三种控制机构的性能、造价等因素进行比较,为进一步的模型试验奠定了基础.     

潮流能水轮机叶片结构设计及水动力性能分析

基于叶素动量理论对水平轴潮流能水轮机叶片外形进行设计,并结合Wilson方法修正计算模型,采用Matlab软件对叶片进行优化计算,得到优化后的弦长和扭角.通过坐标转换得到优化后翼型的三维坐标,将得到的坐标导入SolidWorks软件中建立叶片的三维模型.最后通过Fluent软件对设计的水轮机在不同尖速比下进行三维数值模拟.计算结果表明,设计的水轮机在水流速度为0.8 m/s,叶尖速比为3时,捕能系数能取得较大值,且水轮机无回流现象,具有良好的水动力特性.     

竖轴潮流能水轮机试验平台设计及工作性能测试

针对竖轴潮流能水轮机工作性能的研究,文中采用搭建试验试验平台方法,以竖轴潮流能水轮机为研究对象,在波流循环水槽中进行试验。试验平台主要包括数据采集及控制系统,其具体为:伺服电机、转矩转速传感器、数据采集及处理系统。通过此试验系统,可获取转速、转矩等参数,从而对水轮机的工作性能开展研究。     

水平轴海流能水轮机模型设计及试验研究

为了提高水平轴海流能水轮机的发电效率,利用叶素理论对叶片进行设计,采用维氏曲线对导管收缩段进口进行设计,类比环形堰堰面曲线对带前段导管进行设计,最终得到一种新型水平轴海流能水轮机模型,并通过拖拽试验对数值模拟结果进行了验证。研究成果表明:在水平轴海流能水轮机外围加装普通导管能够提高发电效率,带前段导管的效果更明显。研究成果有利于带导管水平轴海流能水轮机的优化设计。     

新型水轮机聚能导流结构的设计与参数优化

文章以提高叶片姿势可变的水轮机获能能力为目的,结合水轮机的运动规律,提出了一种新的三段式聚能导流结构,借助数值模拟的方法,对不同参数的NACA翼型的增速效果进行了研究,确定了聚能导流结构的具体结构形式。通过改变影响聚能导流结构水动力学性能的几个重要参数,综合实际应用得到了水动力学性能较优的聚能导流结构,确定了导流结构的安装参数和结构参数。     

一种使用浅层神经网络增强BEM模型的方法

水平轴潮流能水轮机是常用的潮流能获取装置,载荷预报是设计过程中的重要问题。BEM方法被广泛应用于水平轴水轮机的载荷预报,由于该方法计算速度快,常在早期选型优化阶段使用。BEM方法的核心步骤是通过迭代方式求解诱导系数,存在收敛性问题。文章使用没有收敛性问题处的数据进行神经网络训练,利用训练后的神经网络对产生收敛性问题处的诱导系数进行预报,实现了扩展运算域的效果。研究发现,BP神经网络模型能够有效解决收敛性问题,拓宽运算域,预测的平均误差在4%以内。通过研究BP神经网络的最优结构,为后续的相关研究提供了设计建议。     

可发电船闸的输水系统特性数值分析

针对中低水头下的局部分散式输水系统,考虑在输水廊道中安装水轮机进行水流能量利用,运用Fluent软件进行模拟仿真,建立引航道、输水廊道和闸室的三维数值模型,并在建模中考虑水轮机的影响,使用VOF模型和RNG K-Epsilon模型对船闸一次灌水过程中引航道、输水廊道和闸室内流场进行数值模拟。重点对比安装水轮机与否的两种情况下,输水廊道和附近闸室内流速分布,及其模拟结果导出的水力曲线的异同,研究输水廊道水头利用对船闸灌水、闸室停泊条件等方面产生的影响。研究结果对船闸输水廊道水头利用的研究具有指导性意义。     

对转式水平轴潮流能水轮机的数值模拟优化

基于舟山本岛南部附近海域的实测海况,研究使对转式水平轴潮流能水轮机(CRHATT)的功率系数CP达到最大的最优转子间的距离L,以及叶片弦长CB对减小CRHATT转子间的Cp差值的作用.在对9组CRHATT完成稳态数值模拟,并得到CRHATT的最优L与减小转子间CP差值的最优CB组合后,拟合舟山本岛南部28 h的潮流数据,得到潮流数据的2阶傅里叶级数拟合函数.使用UDF编程把拟合函数导入到流场环境中,对CRHATT进行5个周期拟合函数的数值模拟,以研究时域特性下的最优L和最优CB组合的有效性.结果 表明,在稳态和时域特性数值模拟下的最优L和最优CB组合保持一致.综合分析两种数值模拟结果,在最优L和最优CB组合下的CRHATT的Cp可达到0.565;转子间的Cp差值占CRHATT总Cp的百分比减小至6.95％;转子间的Cp差值随潮流变化的离散程度较小,证明CRHATT在时域特性环境中能稳定工作.     

剪切流对水平轴潮流能水轮机水动力性能影响

为了研究剪切流下潮流能水平轴水轮机水动力载荷特性,本文基于CFD方法,建立剪切流模型,计算了剪切流下水平轴水轮机的水动力载荷,并分析得出剪切率对水动力载荷的影响规律。结果表明：剪切流情况下,水动力载荷系数时历曲线发生明显波动,除弯矩系数的波动频率和叶轮旋转频率一致外,其他系数的波动频率均是叶轮旋转频率的2倍,且剪切率越大,水动力载荷系数的波动幅值就越大;随着速比增大,弯矩系数的波动幅值逐渐增加,而侧向力系数波动幅值先增加再减小,在最优速比左右达到最大值。研究成果可为潮流能水平轴水轮机的结构设计和性能优化提供依据。     

水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析

潮流能是海洋可再生能源的重要组成部分,为提高潮流能利用效率,本文基于叶素-动量理论(BEM)方法,给出Glauert涡流设计理论在水平轴潮流能叶轮设计上的应用。采用BEM理论和CFD数值模拟方法对设计的潮流能叶轮进行水动力性能分析,计算其在不同叶尖速比下的功率特性,2种方法的结果表现了较好的一致性。在此基础上,基于BEM理论,进一步分析叶片表面的载荷分布情况,选取叶片沿展长方向的3个不同位置,分析翼段的流体动力特性随速比的变化规律。计算结果表明,潮流能叶轮工作特性满足对功率和效率的要求,说明了设计方法的可靠性。本文的研究成果为今后水平轴潮流能叶轮设计及水动力性能预报提供有价值的参考。     

回流区水流运动二维数值模拟

建立了基于无结构网格有限体积法的平面二维水流数学模型.数值方法上,采用有限体积法离散方程,并采用基于黎曼解的Osher格式计算有限体积界面通量:采用三角形单元对计算区域进行剖分;提出了一种确定紊动黏滞系数的方法.用此模型对平面上突扩引起的回流区竖轴环流进行了模拟,流速断面分布的计算结果与实测结果接近,再现了因主、副流剪切层不稳定引起的涡脱落、涡向下游输移以及被竖轴环流吞并的过程,预报了回流区的水面共振现象.     

基于FLUENT的轴流式波浪能发电装置叶片角度设计

小型轴流式叶轮波浪能发电设备作为一种可行方案,减少了传统海上浮标维护的周期及成本.轴流式波浪能发电装置的叶片角度是关系到发电效率的核心问题之一,通过使用FLUENT软件对海上浮标的轴流式水轮机叶片安装夹角间的变化进行模拟计算,得出水叶轮在不同的安装角度情况下受力、转矩等数据,进而分析叶片安装角度对叶轮发电效率的具体影响.仿真结果为实际叶片的设计提供了指导.     

浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究

浪流共存环境中的潮流能水轮机性能研究旨在为准确地估计潮流能发电装置的生存性及获能效率等重要指标提供依据。论文基于模型试验的方法,采用发电功率为1k W的水平轴水轮机模型,在不同叶尖浸没水深条件下,研究规则波以及极限波作用下的水轮机特性,揭示其功率与载荷的变化规律。研究结果可为潮流电站设计提供依据以及为数值方法的有效性验证提供数据。     

水平轴海流能水轮机叶片水动力学特性分析

针对非定常情况下的三维叶片进行了水动力学特性分析,分别对叶片的功率系数、扭矩系数、轴向力系数、侧向力系数的统计特征值进行了对比分析,同时展示了一些水动力学特性参数的时空演化特征。     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

大型泥泵水密封装置试验台设计

设计制作试验台是为了对泥泵的主要部件“水密装置”在安装过程中进行质量控制，确保“水密装置”的安装能够符合设计要求。对设计过程的技术难点进行了分析，提出了对模拟轴的连接结构形式进行改进方案，消除了水封室水压对模拟轴的作用力，使整个试验台的转动要比原来的更平稳。     

随动式艉轴空气密封系统原理、模拟与应用研究

由于人类对海洋环境保护的日益重视,防止艉轴滑油泄漏入海成为热点,基于此,安装艉轴空气密封系统成为当前船舶的主流设备。文章介绍了艉轴空气密封系统起源,研究了随动式艉轴空气密封系统原理,根据该原理进行了模拟实验,通过该实验并结合日本船级社规范对该密封系统的安装与应用进行了进一步研究。     

伊犁人民水电站3号水轮发电机组设计探析

水电站水轮机组中应用交流励磁技术,属于可变速水轮发电机组,在国内为首次运用该技术的水轮发电机组。文章以新疆伊利人民水电站3号机组续建工程为例,对该水电站水轮机组系统设计方案进行了阐述,并发电机组系统组成及工作原理进行分析。同时,对运行使用中出现扫膛事故处理经验进行探讨,确保机组设计及安装正确。